HIDRAULICA DE TUBERIAS
SISTEMAS DE TUBERIAS:
Sistemas de tubería en serie
Son dos o más tuberías diferentes colocadas una a continuación de la otra, las cuales pueden diferenciarse en los diámetros o en las rugosidades (es decir, están hechas de material diferentes) o bien en ambas características físicas. En la siguiente figura se muestra el esquema de tres tuberías en serie que conectan dos tanques. Dicho esquema se utilizará para plantear las ecuaciones que rigen el flujo en este tipo de tuberías.
Caracteristicas de un sistema de tuberías en serie: -El caudal que circula en cada una de las tuberías que componen el sistema es el mismo. -La pérdida de energía por fricción en el sistema es igual a la suma de las pérdidas de cada tubería.
Sistemas de tubería en paralelo
Varias tuberías están conectadas en paralelo si el flujo original se ramifica en dos o más tuberías que vuelven a unirse de nuevo aguas abajo, como se ilustra en la siguiente figura. Se puede observar en la figura que el fluido circula a través de una tubería, para que posteriormente llegue al nodo, donde se ramifica fluyendo parte por la tubería 1 y el resto por la tubería 2. Luego, convergen las dos tuberías y el fluido circula por la tubería final. Curso de Vacaciones Junio 2015
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En general, los sistemas en paralelo
están limitados a 3 o 4 tuberías. Sin
embargo, es más común que estén compuestos por dos tuberías. Estas pueden tener longitudes, diámetros y accesorios diferentes a la vez que estar elaboradas en materiales muy distintos.
En la resolución de problemas de tuberías en paralelo se aplican tres importantes principios.
El caudal entrante total en un nodo ha de ser igual al caudal saliente total del nodo. La pérdida de carga entre dos nodos es la misma en cada una de las ramas que unen los nodos. Dentro del intervalo normal de velocidades que se dan en la práctica, el porcentaje del caudal total que circula por cada una de las ramas (es decir, por las tuberías 1 y 2) se mantendrá constante, independientemente de la pérdida de carga entre los dos puntos.
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2.2.
Método de resolución de un sistema de tuberías en paralelo
2.2.1.
Método de tuberías equivalentes
Se dice que una tubería es equivalente a otra, o a un sistema de tuberías, si para la misma pérdida de carga el caudal que circula por la tubería equivalente es el mismo que tiene lugar en la tubería o sistema de tuberías original. También puede enunciarse en la forma siguiente: una tubería es equivalente (a otra tubería o a un sistema de tuberías) cuando, para un caudal especificado, se produce la misma pérdida de carga en la tubería equivalente que en el sistema original. Realmente, existe un número infinito de tuberías equivalentes a un sistema de tuberías; de aquí que pueda fijarse el diámetro de la tubería equivalente y determinar su longitud, o bien, que venga fijada su longitud y se calcule el diámetro de la tubería equivalente y determinar su longitud, o bien, que venga fijada su longitud y se calcule el diámetro requerido. El cálculo de tuberías equivalentes es por lo general sencillo e implica determinar las pérdidas de carga cuando se conocen los caudales y tamaño de las tuberías, o calcular los caudales conocidas las pérdidas de carga y los tamaños de los conductos. Estos cálculos pueden realizarse mediante la fórmula de Hazen – Williams. 2.2.2.
Método de los porcentajes
El caudal en cada rama del circuito será un porcentaje constante del caudal total a través del circuito para un intervalo razonable de las pérdidas de carga entre los nodos. El método del porcentaje requiere el cálculo de los caudales de cada rama para una pérdida de carga Hf supuesta entre los nodos. Aunque se disponga del caudal real que ingresa al sistema, no se puede calcular la distribución del mismo en cada rama por desconocer la perdida que dicho caudal real provoca entre los nodos del sistema en paralelo. Con la perdida de carga supuesta entre los nodos, se determina el caudal supuesto en cada rama los cuales quedarían en función de la perdida de carga supuesta, esto pertite encontrar el porcentaje del caudal total que absorbería cada rama del sistema.
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Sistemas de tuberías ramificadas
Este sistema básicamente es una red abierta de tuberías y se caracteriza por no tener ningún circuito cerrado en el sistema. Los ejemplos típicos de este grupo son las redes de tubos madres o líneas expresas en sistemas de distribución de agua potable. En la siguiente figura se muestra el esquema de una red, la cual une cuatro tanques de almacenamiento dentro del sistema de agua potable dentro de una ciudad hipotética.
Un sistema de tuberías que une una batería de pozos de agua con un tanque de abastecimiento o una planta de tratamiento, la red contra incendios en el interior de una edificación, o el sistema conformado por la tubería principal y las tuberías secundarias en un sistema de riego localizado de alta frecuencia, son otros ejemplos de sistemas de tuberías descritos como redes de tuberías ramificadas.
Como principio se plantea que en cada una de las uniones o nodos de la red se debe cumplir con la ecuación de continuidad y en cada uno de los embalses o tanques se debe suministrar el caudal demandado.
En general, el problema consiste en determinar los diámetros y los caudales en cada una de las tuberías de la red para condiciones permanentes de flujo y, a la vez, en verificar que en cada uno de los embalses se cumplan las condiciones de demanda de
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caudal. La figura siguiente nos servirá para establecer las ecuaciones utilizadas en el análisis.
Determine el caudal que circula en el sistema de tuberias en paralelo si la pérdida de energía por fricción entre 1 y 2 es 20m, use las fórmulas de Darcy-Weisbach y de HazenWilliams, y compárese los resultados de ambas.
1.15 x10
6
TUB.
Diam. (cm.)
Long. (mt)
MATERIAL
e (m)
C hw
A
15
800
PVC
3x10^-7
150
B
20
765
HIERRO GALVANIZADO NUEVO (liso)
1.5x10^-4
130
c
25
780
10 AÑOS
2.6x10^-4
122
m
² / s
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Si en el sistema anterior, ingresa al nudo 1 un caudal de 100 l/s, determínese la distribución de caudales en cada tubería que conforma el sistema y la respectiva pérdida de energía por fricción entre los nudos 1 y 2. Utilice el método de porcentajes y el de tubería equivalente
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